(57)【要約】【課題】  レーザー加工を長時間連続して実施しても集光器から照射されるレーザー光線の集光点が変化することなく、安定したレーザー加工を行うことができるレーザー加工装置を提供する。【解決手段】  被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、を具備するレーザー加工装置であって、集光器の集光レンズを収容するケースの温度を一定に保持する恒温手段を備えている。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該集光器の集光レンズを収容するケースの温度を一定に保持する恒温手段を備えている、ことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
該恒温手段は、該集光器を囲撓して配設され、ケースの外周面との間に恒温流体通路を形成するカバー部材と、該恒温流体通路に恒温流体を供給する恒温流体供給手段とを具備している、請求項１記載のレーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物にレーザー加工を施すレーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等の回路を形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することにより回路が形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。また、サファイヤ基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハも分割予定ラインに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。
【０００３】
上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のストリートに沿った切断は、通常、ダイサーと称されている切削装置によって行われている。この切削装置は、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を切削するための切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる移動手段とを具備している。切削手段は、高速回転せしめられる回転スピンドルと該スピンドルに装着された切削ブレードを含んでいる。切削ブレードは円盤状の基台と該基台の側面外周部に装着された環状の切れ刃からなっており、切れ刃は例えば粒径３μｍ程度のダイヤモンド砥粒を電鋳によって基台に固定し厚さ２０μｍ程度に形成されている。
【０００４】
しかるに、サファイヤ基板、炭化珪素基板、リチウムタンタレート基板等はモース硬度が高いため、上記切削ブレードによる切断は必ずしも容易ではない。また、切削ブレードは２０μｍ程度の厚さを有するため、デバイスを区画するストリートとしては幅が５０μｍ程度必要となる。このため、例えば大きさが３００μｍ×３００μｍ程度のデバイスの場合には、ストリートが占める面積比率が大きく、生産性が悪いという問題がある。
【０００５】
一方、近年半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、その被加工物に対して透過性を有するレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、被加工物の一方の面側から内部に集光点を合わせて被加工物に対して透過性を有する赤外光領域のレーザー光線を照射し、被加工物の内部に分割予定ラインに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、被加工物を分割するものである。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開平２００２−１９２３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レーザー加工は、レーザー光線を組レンズから構成される集光レンズを備えた集光器によりスポット径を極限まで絞り、被加工物に微細加工を施す。しかるに、長時間レーザー光線を照射し続けると、集光器のケースが熱をもちケースの温度が上昇する。この結果、集光器のケースが熱膨張し、照射されるレーザー光線の集光点が変化して安定したレーザー加工を施すことができなくなるという問題がある。
【０００７】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、レーザー加工を長時間連続して実施しても集光器から照射されるレーザー光線の集光点が変化することなく、安定したレーザー加工を行うことができるレーザー加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該集光器の集光レンズを収容するケースの温度を一定に保持する恒温手段を備えている、ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
【０００９】
上記恒温手段は、上記集光器を囲撓して配設され、上記ケースの外周面との間に恒温流体通路を形成するカバー部材と、該恒温流体通路に恒温流体を供給する恒温流体供給手段とを具備している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、集光器の集光レンズを収容するケースの温度を一定に保持する恒温手段を備えているので、レーザー加工を長時間連続して実施してもケースの熱膨張を抑制することができる。従って、本発明によるレーザー加工装置は、レーザー加工を長時間連続して実施して集光器から照射されるレーザー光線の集光点が変化することなく、安定したレーザー加工を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１には、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示されたレーザー加工装置は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す方向に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に上記矢印Ｘで示す方向と直角な矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す方向に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット５とを具備している。
【００１３】
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上に矢印Ｘで示す方向に移動可能に配設された第一の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持された支持テーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１上に被加工物である例えば円盤状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。また、チャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。
【００１４】
上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面に矢印Ｙで示す方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す方向に移動させるための移動手段３７を具備している。移動手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に図示しない減速装置を介して伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す方向に移動せしめられる。
【００１５】
上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、矢印Ｙで示す方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す方向に移動させるための移動手段３８を具備している。移動手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に図示しない減速装置を介して伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｘで示す方向に移動せしめられる。
【００１６】
上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一側面に矢印Ｚで示す方向に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿って割り出し送り方向である矢印Ｙで示す方向に移動させるための移動手段４３を具備している。移動手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ねじロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に図示しない減速装置を介して伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。
【００１７】
図示の実施形態のおけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられたレーザー光線照射手段５２を具備している。ユニットホルダ５１は、上記装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝５１１、５１１が設けられており、この被案内溝５１１、５１１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、矢印Ｚで示す方向に移動可能に支持される。
【００１８】
図示のレーザー光線照射手段５２は、上記ユニットホルダ５１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング５２１を含んでいる。ケーシング５２１内には図２に示すようにレーザー光線発振手段５２２とレーザー光線変調手段５２３とが配設されている。レーザー光線発振手段５２２としてはＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器を用いることができる。レーザー光線変調手段５２３は繰り返し周波数設定手段５２３ａ、レーザー光線パルス幅設定手段５２３ｂ、およびレーザー光線出力設定手段５２３ｃを含んでいる。レーザー光線変調手段５２３を構成する繰り返し周波数設定手段５２３ａ、レーザー光線パルス幅設定手段５２３ｂおよびレーザー光線出力設定手段５２３ｃは当業者には周知の形態のものでよく、それ故にこれらの構成についての詳細な説明は本明細書においては省略する。上記ケーシング５２１の先端には、それ自体は周知の形態でよい組レンズから構成される集光レンズ（図示せず）を収容した集光器５２４が装着されている。
【００１９】
上記レーザー光線発振手段５２２が発振するレーザー光線はレーザー光線変調手段５２３を介して集光器５２４に到達する。レーザー光線変調手段５２３における繰り返し周波数設定手段５２３ａはレーザー光線を所定繰り返し周波数のパルスレーザー光線にし、レーザー光線パルス幅設定手段５２３ｂはパルスレーザー光線のパルス幅を所定幅に設定し、そしてレーザー光線出力設定手段５２３ｃはパルスレーザー光線の出力を所定値に設定する。
【００２０】
図１に示すレーザー加工装置は、図３に示すように集光器５２４のケース５２４ａの温度を一定に保持する恒温手段５４を備えている。恒温手段５４は、集光器５２４のケース５２４ａを囲撓して配設されケース５２４ａの外周面との間に恒温流体通路５４０を形成するカバー部材５４１と、該恒温流体通路５４０に恒温流体を供給する恒温流体供給手段５４２とを具備している。カバー部材５４１の上部には恒温流体通路５４０に開口する恒温流体入口５４１ａが設けられ、カバー部材５４１の下部には恒温流体通路５４０に開口する恒温流体出口５４１ｂが設けられている。また、カバー部材５４１内には、螺旋状に形成された案内板５４３が配設され、恒温流体通路５４０は螺旋状の通路に形成されている。
【００２１】
図３に示す恒温流体供給手段５４２は、恒温流体として恒温水を用いたもので、水槽５４２ａ内の恒温水をポンプ５４２ｂによって送出し、配管５４２ｃを通して恒温流体入口５４１ａから恒温流体通路５４０に流入せしめるように構成されている。恒温流体通路５４０に流入せしめられた恒温流体は、集光器５２４のケース５２４ａの外周面に作用し熱交換して恒温流体出口５４１ｂから配管５４２ｄを通して水槽５４２ａに戻される。なお、図２に示す実施形態においては、配管５４２ｃにポンプ５４２ｂから送出された恒温水を冷却する熱交換器５４２ｅが配設されている。このように構成された恒温流体供給手段５４２は、恒温流体通路５４０に例えば２３°Ｃの恒温水を流入せしめる。なお、図３に示す恒温流体供給手段５４２は恒温流体として恒温水を用いた例を示したが、恒温流体としては他の液体またはエアー熱伝導率の良いヘリウム、窒素等の気体を用いることができる。
【００２２】
図１に戻って説明を続けると、上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の前端部には、撮像手段６が配設されている。この撮像手段６は、図示の実施形態においては可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
【００２３】
図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向に移動させるための移動手段５３を具備している。移動手段５３は、上記各移動手段と同様に一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ５１およびレーザビーム照射手段５２を案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向に移動せしめる。
【００２４】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は以上のように構成されており、以下図４に示す半導体ウエーハ１０を加工する動作について説明する。
図４に示す半導体ウエーハ１０は、表面に格子状に配列された複数のストリート１０１によって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等の回路１０２が形成されている。このように構成された半導体ウエーハ１０は、チャックテーブル３６上に裏面を上側にして載置され吸引保持される。半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、移動手段３７の作動により案内レール３１、３１に沿って移動せしめられレーザー光線照射ユニット５に配設された撮像手段６の直下に位置付けられる。
【００２５】
チャックテーブル３６が撮像手段６の直下に位置付けられると、撮像手段６および図示しない制御手段によってチャックテーブル３６上に保持された半導体ウエーハ１０に形成されているストリート１０１と、ストリート１０１に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２の集光器５２４との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理が実行され、レーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。このとき、半導体ウエーハ１０のストリート１０１が形成されている表面は下側に位置しているが、撮像手段６が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された撮像手段を備えているので、裏面から透かしてストリート１０１を撮像することができる。
【００２６】
以上のようにしてチャックテーブル３６上に保持された半導体ウエーハ１０に形成されているストリート１０１を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、チャックテーブル３６をレーザー光線を照射するレーザー光線照射ユニット５の集光器５２４が位置するレーザー光線照射領域に移動し、半導体ウエーハ１０のストリート１０１に沿ってレーザー光線照射手段５２の集光器５２４からレーザー光線を照射する。このとき、レーザー光線は半導体ウエーハ１０の裏面（上側の面）を通して内部即ち表面（下側の面）の近傍に集光点を合わせ照射し、半導体ウエーハ１０の内部にストリート１０１に沿って変質層を形成する。なお、集光点の位置が数μｍ以上ずれると所望の加工が施せない。
【００２７】
ここで、上記レーザー加工における加工条件について説明する。
レーザー光線照射手段５２の集光器４３から半導体ウエーハ１０の裏面側より所定のストリート１０１に向けてパルスレーザー光線を照射しながら、チャックテーブル３を矢印Ｘ（図１参照）で示す方向に所定の送り速度（例えば、１００ｍｍ／秒）で移動せしめる。なお、照射するレーザー光線としては、例えば以下に示す赤外レーザー光線が用いられる。
光源                ；Ｎｄ：ＹＶＯ４パルスレーザー
波長                ；１０６４ｎｍ
パルスエネルギー    ；１０μＪ
繰り返し周波数      ：１００ｋＨｚ
パルス幅            ；４０ｎｓ
集光スポット径      ；φ１μｍ
集光点エネルギー密度；３．２×１０Ｅ１０Ｗ／ｃｍ２  
【００２８】
このようにして、半導体ウエーハ１０に形成された全てのストリート１０１に沿って変質層を形成する。なお、上述したレーザー加工時においては、上記  恒温流体供給手段５４２のポンプ５４２ｂが作動して例えば２３°Ｃの恒温水が集光器５２４のケース５２４ａの周囲に形成された恒温流体通路５４０を通して循環せしめられている。
【００２９】
上述したレーザー加工時においては、レーザー光線を照射する組レンズから構成される集光レンズを収容した集光器５２４は熱をもちケース５２４ａの温度が上昇する。図５は、レーザー加工の加工時間に対応してケース５２４ａの温度が上昇することによる集光点位置の変化を示すグラフである。図５において横軸はレーザー加工時間、縦軸は集光点位置を示し、×印は従来のレーザー加工装置の集光点位置、○印は上述した恒温手段５４を備えたレーザー加工装置集光点位置をプロットしたものである。なお、図５においてレーザー加工時間が零（０）のときの集光器のケースの温度は２３°Ｃであった。図５において×印で示すように従来のレーザー加工装置においては、レーザー加工時間が長くなるに従って集光点位置のズレが大きくなっており、６０分間レーザー加工を続けると集光点位置が１２μｍもズレることが判る。このとき集光器のケースの温度は３０°Ｃであった。これに対して、上述した恒温手段５４２を備えたレーザー加工装置においては、○印で示すようにレーザー加工時間が長くなっても集光点位置のズレは１μｍ程度に維持される。なお、±１μｍは測定誤差範囲であり、実質的に加工開始時における集光点位置が維持される。このように恒温手段５４２を備えることにより、レーザー加工を長時間継続しても加工開始時における集光点位置が維持されるので、安定した高精度なレーザー加工を保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。
【図２】図１に示すレーザー加工装置に装備されるレーザ光線照射手段の構成を簡略に示すブロック図。
【図３】図１に示すレーザー加工装置に装備される恒温手段の構成ブロック図。
【図４】被加工物としての半導体ウエーハの斜視図。
【図５】レーザー加工装置の加工時間に対する集光点位置の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３１】
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
５：レーザー光線照射ユニット
５１：ユニットホルダ
５２：レーザー光線照射手段
５２４：集光器
５２４ａ：集光器のケース
５４：恒温手段
５４０：恒温流体通路
５４１：カバー部材
５４１ａ：恒温流体入口
５４１ｂ：恒温流体出口
５４２：恒温流体供給手段
５４３：案内板
５４２ａ：水槽
５４２ｂ：ポンプ
５４２ｃ、５４２ｄ：配管
５４２ｅ：熱交換器
６：撮像手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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